NZK300-16.7/537/537型汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)改造

寇陽(yáng) 丑述民 遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司 遼寧省鐵嶺市 112300

1、前言

遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)組為NZK300-16.7/537/537型，是亞臨界一次中間再熱，單軸，兩缸兩排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)。通流結(jié)構(gòu)介于反動(dòng)式與沖動(dòng)式透平之間，級(jí)數(shù)少，效率高 整鍛轉(zhuǎn)子高壓通流反向布置，中壓通流正向布置，低壓通流為對(duì)稱布置，軸向推力自平衡 采用多層缸結(jié)構(gòu)，通流部分軸向間隙大，徑向間隙小，具有較好的熱負(fù)荷適應(yīng)性 采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)（DEH）系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高。其就地液壓控制系統(tǒng)（EH系統(tǒng)）采用高壓磷酸酯抗燃液作為工作介質(zhì)，由EH主油泵向主機(jī)調(diào)節(jié)—保安系統(tǒng)輸送動(dòng)力油。采用噴嘴擋板式伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換器控制油動(dòng)機(jī)，伺服閥接受DEH控制裝置的控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)高主和高、中壓調(diào)門油動(dòng)機(jī)連續(xù)可調(diào)的伺服控制，系統(tǒng)掛閘、升速、并網(wǎng)、帶負(fù)荷均通過(guò)DEH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

主機(jī)保安系統(tǒng)系統(tǒng)配備高壓保安（AST-OPC）和機(jī)械保安系統(tǒng) 各種電氣停機(jī)保護(hù)信號(hào)均由AST電磁閥（ETS控制）泄去保安油（AST、OPC）實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械保安系統(tǒng)配備有危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、危急遮斷器杠桿、就地及遠(yuǎn)控掛閘裝置、噴油試驗(yàn)閥、薄膜閥以及低壓跳閘模塊等構(gòu)成。具有（遠(yuǎn)控-就地）掛閘、（遠(yuǎn)控-就地）打閘、機(jī)械超速保護(hù)功能。

2、改造的必要性與可行性：

2.1、改造的必要性

2.1.1、隨著網(wǎng)控及汽輪機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求，機(jī)械保安中的撞擊子擊出轉(zhuǎn)速和危急遮斷器滑閥的密封閥口易受（如雜質(zhì)、銹蝕、大軸振動(dòng)等）外界因素的影響，易發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)。

3.1.2、危急遮斷器動(dòng)作轉(zhuǎn)速調(diào)整困難，且需提高轉(zhuǎn)速至動(dòng)作值，因此每次試驗(yàn)都需承受機(jī)組飛車的危險(xiǎn)，同時(shí)提高轉(zhuǎn)速會(huì)給轉(zhuǎn)子、葉片等旋轉(zhuǎn)部件造成應(yīng)力升高從而影響機(jī)組運(yùn)行的壽命。

2.1.3、機(jī)械保安系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)量大，尤其危急遮斷器滑閥密封閥口易損傷，且修復(fù)難度大，也會(huì)受油中雜質(zhì)影響極易造成誤跳閘或掛閘困難等故障。

2.1.4、機(jī)械保安系統(tǒng)部件多、且多為非標(biāo)產(chǎn)品，均屬訂單式生產(chǎn)，為保障機(jī)組運(yùn)行必須增大備件儲(chǔ)備量，勢(shì)必提高運(yùn)行成本。

2.1.5、啟動(dòng)前鍋爐以重油為燃料，反復(fù)的危急遮斷器動(dòng)作試驗(yàn)，增加了啟動(dòng)成本（少則幾十萬(wàn)多則上百萬(wàn)），并且反復(fù)調(diào)整撞擊子動(dòng)作值需要反復(fù)打開(kāi)前軸承箱上蓋延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間，不符合節(jié)能減排的理念。

電超速保護(hù)替代機(jī)械超速保護(hù)的設(shè)計(jì)理念，早在上世紀(jì)90年代一些發(fā)達(dá)國(guó)家就在廣泛應(yīng)用，目前我們國(guó)內(nèi)進(jìn)口的阿爾斯通300MW及以上的機(jī)組都取消了機(jī)械保安系統(tǒng)，哈爾濱汽輪機(jī)廠新出產(chǎn)的1000MW機(jī)組也都取消了機(jī)械保安系統(tǒng)。

由上述可見(jiàn)對(duì)現(xiàn)有機(jī)械保安系統(tǒng)的改造提高超速保安裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)的便捷性是汽輪機(jī)保安系統(tǒng)發(fā)展必然的趨勢(shì)。

2.2、改造的可行性：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，為實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組高可靠、智能化的超速保護(hù)創(chuàng)造了條件。電子超速保護(hù)系統(tǒng)（Electronic overspeed protection systems,EOPS）是一種獨(dú)立于DEH、TSI或ETS系統(tǒng)超速保護(hù)功能的防止汽輪機(jī)超速而損害設(shè)備的保護(hù)裝置，以測(cè)速齒輪盤、無(wú)源（如磁阻式）或有源（如電渦流式、光電式、霍爾等）轉(zhuǎn)速傳感器為一次檢測(cè)元件，以微處理器為核心的監(jiān)控裝置對(duì)被檢測(cè)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和邏輯運(yùn)算后輸出相應(yīng)的保護(hù)信號(hào)。電子超速保護(hù)系統(tǒng)通常用三通道的監(jiān)控裝置對(duì)同一轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)三取二邏輯運(yùn)算后輸出失電動(dòng)作（即故障—安全型）的保護(hù)信號(hào)。它的采樣時(shí)間一般為5ms，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間（包括繼電器）不大于40ms。目前，更先進(jìn)的電子超速保護(hù)系統(tǒng)還使用了智能化的自診斷技術(shù)，采用自診斷技術(shù)后，系統(tǒng)除了能隨時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行無(wú)損傷的在線檢測(cè)，保證一次檢測(cè)回路的正確可靠外，還能夠利用超速保護(hù)系統(tǒng)三取二冗余邏輯回路單通道故障不會(huì)引起機(jī)組跳閘跳機(jī)的特點(diǎn)，通過(guò)模擬產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈沖頻率信號(hào)定期或不定期地逐一對(duì)各監(jiān)控裝置進(jìn)行全方位的在線檢測(cè)，及時(shí)監(jiān)視各監(jiān)控裝置的工作狀態(tài)。采用了模塊化的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間電子超速保護(hù)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障時(shí)能夠可以在線更換模件，而不會(huì)引起機(jī)組跳閘停機(jī)。電子超速保護(hù)系統(tǒng)具有的強(qiáng)大的自診斷功能，涵蓋了從轉(zhuǎn)速傳感器、傳輸線路直到監(jiān)控裝置的所有設(shè)備，因此可最大限度地保證了電子超速保護(hù)系統(tǒng)極高的可靠性。

2.3、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)的變化

2.3.1、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 5578《固定式發(fā)電汽輪機(jī)規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)隨著控制技術(shù)水平的發(fā)展也發(fā)生了變化。

GB/T 5578-2007（現(xiàn)行） GB/T 5578-1985（5.5 超速保護(hù)裝置 1.15 保安系5.5.1除調(diào)速器之外，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組還應(yīng)有獨(dú)立動(dòng)作操縱機(jī)組跳閘的超速保護(hù)裝置，以防止過(guò)度超速1.15.1汽輪機(jī)必須止超速的機(jī)危急遮斷器符合以下5.5.2對(duì)于小功率汽輪機(jī)。至少應(yīng)供應(yīng)一套獨(dú)立于調(diào)節(jié)器的超速保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)其動(dòng)作時(shí)應(yīng)關(guān)閉主汽閥和調(diào)節(jié)閥a.動(dòng)作轉(zhuǎn)速定轉(zhuǎn)速的112%5.5.3對(duì)于大功率汽輪機(jī)。至少應(yīng)供應(yīng)兩套獨(dú)立于調(diào)節(jié)器、完全分開(kāi)作用的超速保護(hù)系統(tǒng)，任何一套動(dòng)作時(shí)都應(yīng)關(guān)閉所有的主汽閥和調(diào)節(jié)閥。當(dāng)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能在防止超速的另一套裝置的保護(hù)下，進(jìn)行每一套超速保護(hù)裝置功能正確性驗(yàn)證c.50000KW 50000KW以機(jī)組一般應(yīng)只危急遮廢止）統(tǒng)有防械式，并論述：為額108-試驗(yàn)，而不改變主汽閥的位置。及上的有兩斷器。

3、改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況、考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀、備件儲(chǔ)備、檢修維護(hù)的便捷以及后續(xù)安全運(yùn)行的需求擬采用如下改造思路：

汽輪發(fā)電機(jī)（主機(jī)）就地增加一組“兩或一與”EOPT跳閘電磁閥組，增加一套三冗余獨(dú)立電超速控制柜控制新增電磁閥組，并送出連鎖跳閘信號(hào)到ETS控制柜。

3.1、用一套完全獨(dú)立的電超速裝置取代現(xiàn)有的機(jī)械超速裝置

增加汽輪機(jī)電超速保護(hù)系統(tǒng)后，將形成三道超速保護(hù)安全屏障，即OPC、AST和EOPT。按分層保護(hù)的設(shè)計(jì)原則，建議超速保護(hù)動(dòng)作轉(zhuǎn)速分別為103%（OPC）、109%（EOPT）和110%（AST）。超速保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作邏輯關(guān)系如圖1、2所示。

（1）103%超速保護(hù)： 當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至103%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，OPC的“2取1”電磁閥組帶電動(dòng)作，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽門。

（2） 109%電超速保護(hù)：在事故工況下，轉(zhuǎn)速升至109%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，E0PT電子超速保護(hù)裝置輸出兩路超速跳機(jī)信號(hào)：第一路直接送EOPT電磁閥組，快速泄放AST母管路油壓，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組跳閘。第二路通過(guò)ETS直接作用與AST電磁閥組件快速關(guān)閉主汽門、調(diào)速汽門。

（3）110%ETS超速保護(hù)：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至110%時(shí)（包括低真空、低油壓等其它保護(hù)），DEH通過(guò)ETS使AST電磁閥組快速泄放AST停機(jī)遮斷油路油壓，關(guān)閉高主汽門、調(diào)速汽門。

三道超速保護(hù)系統(tǒng)確保了機(jī)組超速工況下保護(hù)系統(tǒng)正確、可靠動(dòng)作，且符合GB/T 5578-2007《固定式汽輪機(jī)規(guī)范》5.5超速保護(hù)裝置的有關(guān)規(guī)定。（DEH、EOPT超速保護(hù)動(dòng)作值順序可以根據(jù)電廠的習(xí)慣很方便的進(jìn)行調(diào)整）

3.2、完成相關(guān)系統(tǒng)的邏輯接口的編輯和修改。

3.3、取消危急遮斷器滑閥、低壓跳閘模塊、薄膜閥、遠(yuǎn)控掛閘裝置、就地打閘-掛閘裝置。

3.4、固定危急遮斷器的撞擊子。

3.5、拆除安裝于前箱內(nèi)部的2個(gè)安全閥并對(duì)前軸承箱及前箱油管路進(jìn)行改造。

3.6、在盤車裝置處增加一組測(cè)速探頭及測(cè)速支架。

3.7、增加一套“兩或一與”配置的電超速跳閘（EOPT）電磁閥組件作為電超速的執(zhí)行元件。

圖1：汽輪機(jī)超速保護(hù)邏輯 圖2：2/3點(diǎn)超速邏輯EOP #4

3.8、增加一套就地打閘滑閥，緊急狀態(tài)下可就地手動(dòng)泄放AST母管油壓使高、中壓主汽、調(diào)節(jié)閥同時(shí)關(guān)閉實(shí)現(xiàn)停機(jī)功能。

3.9、更換現(xiàn)有的主機(jī)AST跳閘模塊，電超速液壓模塊。

3.10、完成EH系統(tǒng)油管路的修改工作，將新增設(shè)備接入EH系統(tǒng)中（改造前后的保安系統(tǒng)見(jiàn)圖3、4）

圖3：改造前的保安系統(tǒng)示意圖

圖4：改造后的保安系統(tǒng)視圖

4、結(jié)語(yǔ)

此次汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)，取消機(jī)械超速保安系統(tǒng)，增加了一套完全獨(dú)立的電氣超速保護(hù)系統(tǒng)EOPT 有效的解決了機(jī)械保安系統(tǒng)常見(jiàn)缺陷給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的隱患。減輕了機(jī)械保安系統(tǒng)復(fù)雜的維護(hù)保養(yǎng)工作，減少了機(jī)械保安飛錘超速試驗(yàn)時(shí)對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子的損傷。為以后機(jī)組運(yùn)行提供比較可靠的安全保障。